1、篮球跳投的单手肩上投篮的力学分析作者：张令奇院系：体育学院 班级：07 级汉班 学号：20071111066指导教师：邵国华摘 要 ：投篮技术含有人体运动的多种规律, 其中运动力学内容起着决定作用, 本文从运动生物力学角度, 对球离手瞬间、球离手后、抛物线与入篮角 、投篮手关节、投篮手出手速度等力学方面的进行了分析探讨, 研究它们对投篮命中率的影响和作用。关键词 ：投篮 出手速度 投篮弧线与入篮角 篮球手关节 Basketball Jumper One-handed Shoulder Shooting Mechanics AnalysisAbstract: LShooting techniqu
2、e of human movement containing rules，Which sport plays a decisive role mechanical content，From the Angle of sports biomechanics，From the moment of the ball from hand to hand and the ball into the basket, and after the parabola, shootingHand in hand, shooting joint shots speed mechanics are analyzed,
3、Research on the shooting and influence。Key words: Shots Shot velocity Shooting into the basket with horns curve Basketball player 1、引言当前, 对篮球单手肩上投篮从教练员、 专业教师, 高水平运动员等, 对影响篮球投篮的因素没有一个全面的了解, 他们只是知道少许的理论, 不知道篮球投篮动作的标准是什么, 为什么要这样做, 标准动作遵循哪些力学原理。 体育教师作为未来篮球人才的培育者不知道这些知识对于篮球后备力量的培养是非常不利的, 所以, 运用生物力学的知识阐明篮
4、球投篮的技术非常重要。投篮是篮球运动最重要的进攻技术, 是比赛中唯一的得分手段, 比赛中进攻队运用各种技术、战术的目的, 都是为了创造机会投篮得分, 它是赢得比赛胜利的重要手段。 投篮的运动技术包含了所有的规范动作和非规范动作, 而影响投篮命中率的因素也非常多, 包括了心理因素、 对手强弱、 本队配合、 对手的防守等诸多因素, 但是投篮的出手速度、 投射角度、 球的旋转等都是影响投篮命中率的重要因素, 不论投篮技术动作怎样变化, 任何高级投篮动作及其准确性都是建立在正确、 合理的投篮基础技术之上的。2、投篮动作受到的各种生物力学分析如下。2.1 以球为考察对象,从身体升至最高点到球离手瞬间这段
5、时间内的力学分析。2.2 在垂直方向上,球受到重力作用和向上提肘过程中,上肢对球的向上的支持力F1 作用,如图 1,球向上运动 ,垂直方向的和外力F1=F-G, F1 的作用通过球的重心,不使球发生旋转,它的作用效果是使球产垂直向上的加速度 ay,进而产生向上的垂直分速度 Vy.2.3 在水平方向上,球主要受到手腕前屈和手指拨球F2 的作用,如图 2,水平方向的和外力F2 有两个作用 使球在水平方向产生加速度 ax,进而产生水平方向上的分速度 Vx.使球向正后方旋转.之所以发生旋转 ,是由于F2 的作用力不通过球的重心,由于屈腕与手指弹拨球产生了手作用于球的摩擦力,属于偏心力.根据力矢平移原理
6、:力可以在平面内平行移动,而不改变其外效应 ,但是必须附加上一个相应的力矩,正是由于F2 产生的力矩 M,使球发生后旋.因此,图 2 转化成图 3,其中 M 为球向后旋转的力矩.2.4 F1 与 F2 共同合成为斜向上的总合力 F,同时使球向后旋,如图 4.同时,vx 与 vy 合成为斜向上的出手速度 V0,其中 为出手角度 ,则vx=v0cos,vy=v0sin,如图 5 所示.FM F F ya222G xaxA图 1 图 2 图 31FyV0M 2 x图 4 图 53、球离手后,其运动轨迹的运动学分析:3.1 抛物线与入篮角3.1.1 投篮时球出手后在空中飞行过程中受重力的影响, 因此成
7、弧形运行的轨迹称为投篮抛物线。入篮角是指球进入篮圈前一瞬间的运行轨迹反映的曲线和在该点的切线与篮圈平面所形成的夹角。抛物线的高低取决于投篮队员的身体高度、 置球的部位、 出手高度、 出手的速度、 出手的力量。抛物线的高低影响着入篮角的大小, 入篮角合适与否是球能否进入篮筐的关键。 由于投篮时球出手点低于篮圈水平面, 所以, 必须依靠适宜的抛物线获得合理的入篮角度。 适宜的抛物线不仅能够取得合理的入篮角度, 也反映了正确的出手力量与角度及其控制球的飞行方向和落点。 在篮球投篮技术动作中, 要求球要产生一定后旋, 其目的是为了使球有一个较好的飞行稳定性。因此, 在投篮出手时应该给球一个合理的偏心力
8、的作用, 使其在向斜上方飞行的同时产生转动, 这个力的作用线必须通过球的重心的后方, 才能使球产生向后的偏心力矩, 如果力的作用线与球重心的距离为 r, 偏心力为 F 则偏心力矩,M = Fr。根据转动定律和动量矩理,显然, 加大偏心力矩 M , 就能使球完面应该在投篮臂即将伸直时再压腕、 拨指球。这样, 即可达到增大 r 的目的, 从而通过加大偏心力矩 M , 增大了转动的效果。旋转中的球在介质空气中运行, 它必须遵守流体力学原理。投球出手, 球飞向篮筐这段距离, 球是在介质空气中旋转运行,后旋球在飞行过程中产生了球与气流相对运动的两种形式。一种是气流迎着球向后运动, 另一种是气流贴紧球面跟
9、着球一起旋转, 附面层与气流运动方向的差异, 导致球的上下方压力不同, 在球的下方附层的空气与气流呈逆向, 形成一个高压区。在球的上方, 附面层的空气与气流方向一致, 则形成了一个低压区域, 上下压力不同的结果是, 后旋球受到一个从下向上的合力, 故使球提高了原有的运动轨迹, 使球的抛物线更高, 为投篮命中提供了更大的可能性。即使没有投空心球, 球落于篮圈后沿。 从物理学角度讲, 后旋将比前旋或完全不旋的球会产生更大的动量, 在投后旋球, 尤其是中远距离的后旋球时, 投篮作用于球的力量越大 , 球的加速度越大, 因而产生的动量越大。一个高速后旋的球着落于篮圈后沿产生的强烈摩擦会使这种动量减少,
10、 使球沿横轴向后、向圈内、 向下旋转, 只要是投篮出手柔和,用力适当, 投的球就不会产生猛烈的反弹现象远远地弹走, 而是有更多的机会落于篮圈中。4、投篮手关节的力学分析4.1 球离开手的瞬间, 整个躯干要做到充分伸展使其出手点高, 为此，在球体将要出手时要求人体各有关的关节周围肌肉, 部充分地被拉长。 在投篮出手时还会产生一种向前上方运动(由前踞肌、 胸小肌, 斜方肌参加工作) , 就是增加一个关节面对另一个关节面的压力, 从而产生一个向前上动作. 按照力的表示公式, 力等于质量乘加速度, 也就是 F= ma。因为在投篮的过程中球的重量不变, 仍然为 600 克或者 650g, 故力的大小主要
11、取决于加速度的大小。如果在投篮时把整个上肢充分地伸直, 象一根杠杆, 支点位于肩关节, 就会使肩韧带向前上和肱骨向前上运动的肌肉收缩加快而有力。 这样, 位于杠杆远侧端的手指获得的加速度就大, 球出手时的力量也能充分用上了。 所以, 在屈腕的同时, 食指末端用力拨送出去是符合人体运动力学原理的。中、 食指的指骨和掌骨是最长的, 所以, 工作距离也是最长的, 球从此处拨出去, 有利于加快球体的飞行速度和命中球篮的准确度。5、投篮出手速度的影响因素5.1 投篮出手用力是指投篮时身体各部位综合、协调的用力过程,它是整个投篮动作的关键环节。跳投单手投篮的用力过程:下肢蹬地发力 ,借助脊柱伸展的惯性促使
12、下肢、躯干和上肢联贯、协调配合,将身体各部位肌肉的力量最后积聚于手臂、手腕和手指部位,以伸展手臂、手腕的前屈及手指的弹压动作将球投出。1在垂直方向上,作用于球体的力包括:下肢蹬地、脊柱伸展和上肢向上的伸臂举球三个作用力。下肢和躯干部位肌肉用力促使整个人体产生垂直向上的动量,也为球体的向上飞行提供了主要的力量来源,而上肢的伸臂举球动作(肘关节的上抬)承担较小的力量来源,保证了上肢对球体的精确用力,以利于提高投篮命中率。F1 使球体在垂直方向上获得向上的加速度,进而获得垂直向上的分速度。以此理作为铺垫,将出手速度按照垂直和水平两个纬度进行正交分解,见图 1、图 2、图 3。在水平方向上,当上肢伸臂
13、举球到达最高点时,手腕前屈、手指拨球,F2使球体获得水平方向上的加速度,进而获得水平分速度。0V1 1F2图 1 出手速度分解示意图 图 2 垂直分速度形成示意图5.2 上肢对垂直速度的影响球的飞行路线是一条抛物线,出手速度的垂直分速度决定着球的飞行高度,即球的飞行弧度。在垂直方向上,下肢和躯干的肌肉用力固然对球的向上飞行起着承担主要力量的作用,上肢的精确用力,尤其是肘关节的上抬动作对球飞行的高度起着决定作用。投篮用力过程中下肢和躯干肌肉用力方向垂直向上,上肢的伸臂举球动作也应该垂直向上以保证运动速度的合成和用力的一致性。合理的持球动作决定着肘关节的充分用力,大臂与肩关节基本成水平,小臂与大臂
14、的夹角约成 90角,肘关节内收,与上肢各关节保持在同一矢状面内。4反之,肘关节抬得过高 ,限制了肘关节在垂直方向上的充分用力,影响球体的垂直分速度,进而影响球飞行的弧度。5.3 上肢对水平速度的影响在水平方向上,(伸臂举球到达最高点后)手腕力从球的底部滑过,并不通过球体重心。根据力的平移原理:作用于物体上的力,可以平移到重心上 ,不影响力的作用效果,但是必须附加一个力偶,此力偶等于原力对重心的力矩。由于手腕、手指的水平作用力并不通过球的重心,因此除了给球一个水平作用力外,还必须附加球一个向后旋转的力矩。见图 4。 F1F图 3 水平分速度示意图 图 4 水平分速度转化示意图向后旋转的球有助于保
15、持飞行的稳定性,带有后旋的球有助于提高飞行弧度,另外向后旋转的球碰到篮圈时,球的反弹方向是向下的,较容易落入篮圈内。手腕和手指的用力柔和也是影响球体飞行的关键因素,初学者很难做到手腕的柔和。球离手时,手臂要随球自然跟送,脚跟提起,这个动作类似于排球的鞭打动作,由于全身各部位的协调用力,使得全身的动作惯量自然向腕关节转移,而不需要腕关节额外负担的肌肉用力。6、结论与建议6.1 结论6.1.1 出手速度是影响篮球飞行弧线的主要因素。出手的垂直分速度决定着篮球的飞行高度,下肢、躯干的综合用力和上肢肘关节的上抬动作制约着垂直分速度。手腕前屈和手指拨球制约着球体的旋转。肘关节上抬动作与手腕前屈、手指拨球
16、的相互作用制约着出手角度和入篮角度。合理的持球动作和正确的用力顺序制约着投篮的初速度,大臂保持水平是球体获得适宜飞行弧度的必要条件,大臂高抬导致球体飞行弧度过低。6.1.2 教练员在篮球教学训练中, 要充分利用投篮技术的力学因素, 积极探索和运用高投篮命中率的科学规律, 要重视各环节技术的功能作用与协调运作关系, 并注意发挥各环节技术的综合效应。6.2 建议世界篮坛的著名运动员由于自身身高和身体素质以及适应比赛的需要,形成了符合自身条件的个性化的投篮动作。许多初学者盲目模仿当今世界篮坛著名球的投篮动作,不利于正确合理技术动作技能的形成。青少年篮球爱好者应该从自身的实际情况出发,认真学习和掌握篮球教材所讲解的技术动作,形成扎实的投篮基本功。参考文献1陈胜钊. 投篮的力学分析. 山东师大学报( 自然科学版)J . 1994 . 92贾方业. 浅谈投篮抛物线. 中国体育科技J . l994 . 123王剑涛,徐玉明.篮球投篮中球的旋转问题J. 山西师范大学学报 (自然科学版),1994,(3):7174运动生物力学M.北京:人民体育出版社,2000,92-93,159-160.5 王志刚.篮球投篮出手后的随球动作对命中率的影响J. 湛江师范学院学报(自然科学版),2000,(6):575
